Pour garantir la rentabilité des usines, il est essentiel d'optimiser les performances et la disponibilité des équipements grâce à la mise en œuvre de solutions d'automatisation connectée et de maintenance prédictive, qui représentent une valeur ajoutée significative pour les utilisateurs. Le fonctionnement continu (24h/24, 7j/7, 365j/an) dans les environnements industriels et logistiques accroît les contraintes imposées aux équipements, notamment aux systèmes dotés d'entraînements et de moteurs actifs. La défaillance d'un seul moteur peut paralyser les opérations ou la production. Les nouvelles solutions informatiques pour l'automatisation, telles que les moteurs d'intelligence artificielle (IA) intégrés en périphérie de réseau, permettent d'identifier ces anomalies et d'anticiper les pannes, permettant ainsi aux opérateurs d'acquérir les pièces nécessaires, de planifier la maintenance et, au final, d'améliorer l'efficacité opérationnelle globale.

Les solutions d'automatisation deviennent de plus en plus sophistiquées et nécessitent le soutien des principaux fournisseurs de semi-conducteurs, tant pour le matériel que pour les logiciels. Une architecture matérielle flexible, au niveau le plus bas, est essentielle pour suivre le rythme de l'innovation dans les solutions d'automatisation industrielle et logistique. Le développement logiciel représente actuellement la majeure partie des coûts et de la main-d'œuvre dans le développement de projets industriels, ce qui accroît la valeur des bibliothèques, des kits d'outils et du soutien écosystémique offerts par les fournisseurs de technologies d'automatisation.

Les FPGA s'adaptent aux exigences de l'automatisation.
Les FPGA dotés de processeurs intégrés combinent flexibilité, performance et programmabilité pour faciliter l'adoption et le déploiement rapides de nouvelles technologies et répondre aux besoins évolutifs de l'automatisation industrielle. Plus précisément, les FPGA offrent une flexibilité unique pour une grande variété de profils et d'exigences de calcul en automatisation dynamique. Les FPGA actuels se caractérisent par une très faible consommation d'énergie et une grande efficacité énergétique, permettant leur conception dans des formats plus compacts avec un refroidissement simplifié – un aspect crucial en périphérie de réseau. Les FPGA sont également entièrement personnalisables, offrant de nombreux avantages par rapport aux solutions logicielles, tels qu'une latence réduite. De plus, les FPGA peuvent être utilisés dans des boucles de contrôle haute performance, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et avec un plus grand nombre de moteurs de contrôle connectés par unité que les microcontrôleurs haut de gamme comparables. Lattice Semiconductor fournit des FPGA avec des taux d'erreur logicielle extrêmement faibles pour une fiabilité accrue, idéale pour les applications exigeant une haute disponibilité et une sécurité fonctionnelle.

Le silicium peut protéger contre les cyberattaques.
La sécurité matérielle est cruciale pour se prémunir contre la fréquence croissante des cyberattaques. Les systèmes d'automatisation traditionnels installés dans les usines et la logistique étaient souvent isolés d'Internet et du cloud, même entre les sous-systèmes. Aujourd'hui, les systèmes d'automatisation sont de plus en plus connectés et doivent donc être protégés contre les pirates informatiques capables de les désactiver, de faire chanter les opérateurs, de voler des données sensibles, de se livrer à d'autres activités malveillantes ou de générer d'énormes risques financiers. Les solutions à base de microcontrôleurs et/ou de logiciels ne peuvent offrir la même protection en temps réel que des alternatives comme les FPGA, qui permettent une détection instantanée, une couverture haute performance de plusieurs sous-systèmes et la possibilité de revenir à un état sain pour se remettre d'une attaque – un point essentiel. Les FPGA peuvent être extrêmement sécurisés et résilients grâce à une surveillance au niveau le plus bas (en dessous du système d'exploitation), protégeant ainsi le firmware avant, pendant et après le démarrage, protégeant et validant le code lui-même et fournissant une racine de confiance.

Bibliothèques optimisées pour l'automatisation :
Une base matérielle flexible, soutenue par des logiciels tout aussi performants fournis par les fabricants de semi-conducteurs et leur écosystème, est essentielle, notamment pour les solutions d'automatisation. Le développement logiciel représente déjà la majeure partie des coûts de développement des projets d'automatisation et de contrôle industriels, ce qui rend un support de haute qualité crucial pour leur réussite. Lattice Semiconductor, par exemple, propose une plateforme protocolaire légère pour la détection et le contrôle en temps réel via Ethernet, permettant la connectivité réseau (par exemple, le contrôle de moteurs multi-axes via Ethernet industriel et la connexion en série à plusieurs moniteurs). De plus, les FPGA hautes performances sont de plus en plus compatibles avec les logiciels, offrant des outils de programmation et des environnements de conception graphique tels que Propel™ de Lattice (voir Figure 1, schéma Propel).

L'automatisation intègre souvent plusieurs domaines fonctionnels aux exigences logicielles spécifiques, tels que l'IA embarquée, la vision embarquée et la sécurité, en complément des logiciels de bas niveau comme les systèmes d'exploitation et les firmwares. L'accès à des bibliothèques logicielles et à la propriété intellectuelle (PI) plus sophistiquées des fabricants de semi-conducteurs est crucial dans ces domaines pour optimiser les performances et la consommation énergétique des accélérateurs embarqués et des ressources matérielles. Par exemple, dans le domaine de l'IA embarquée, le développement à l'aide d'environnements communs comme TensorFlow, Caffe et Keras est désormais courant pour la mise en œuvre de réseaux de neurones convolutifs (CNN) destinés à des applications étendues telles que la détection de présence, la détection de mots clés, le suivi facial et le comptage d'objets. Dans les applications de vision, les concepteurs de solutions exigent souvent une connectivité d'interface flexible (par exemple, MIPI CSI-2, LVDS, PCIe, GigE).

Programmabilité logicielle et matérielle :
Si le matériel programmable basse consommation, hautes performances et faible latence offre de nombreux avantages, certaines charges de travail sont mieux contrôlées ou implémentées par logiciel. Par exemple, la programmabilité logicielle est optimale pour les applications de maintenance prédictive et permet également un développement utilisant des compétences plus courantes chez les développeurs (comme la programmation en C). L’association de FPGA et de processeurs traditionnels au sein de systèmes sur puce hétérogènes, de modules/cartes et de systèmes informatiques embarqués permet le coprocesseur matériel-logiciel et une flexibilité système avancée.

Automatisation : La gamme d'automatisation industrielle de Lattice.
Les solutions d'automatisation actuelles se composent de nombreux composants et sous-systèmes dynamiques qui doivent être développés de manière harmonieuse pour rester compétitifs sur le marché. La prise en charge du contrôle moteur, de l'IA embarquée, de la fusion de capteurs, de la sécurité fonctionnelle, de la vision industrielle et de la sécurité doit être parfaitement intégrée dans une solution d'automatisation complète afin d'accélérer son adoption et sa mise sur le marché.

Pour aider leurs clients à relever ces défis, les principaux fournisseurs de semi-conducteurs proposent un support accru pour les applications verticales et spécialisées afin d'accélérer le développement de nouvelles charges de travail, telles que les tests de validation de concept de la maintenance prédictive, les essais de nouvelles architectures de coprocesseur et le développement de prototypes avec de nouvelles spécifications et intégrations. La gamme d'automatisation industrielle Automate™ de Lattice, illustrée à la figure 2, est un exemple de solution complète déjà disponible. Les mises en œuvre concrètes des nouvelles technologies de processeurs répondant aux exigences de sécurité courantes, telles que SIL-2 ou le coprocesseur de sécurité (par exemple, les conceptions de référence, les exemples de projets, etc.), constituent de puissantes démonstrations de redondance et de sécurité, mieux évaluées que théoriquement par le biais de fiches techniques ou de simulations.

Une gamme d'outils d'automatisation comprend généralement un ensemble diversifié de propriété intellectuelle, essentielle à l'application et à la valorisation des solutions d'automatisation proposées par les fournisseurs (écosystèmes). Les systèmes d'automatisation et de contrôle industriels intègrent déjà de nombreuses fonctionnalités, telles que des interfaces graphiques, une réponse en temps réel, une connectivité réseau filaire et sans fil, l'analyse d'événements locaux et des formats robustes. Cependant, la sophistication de ces systèmes s'accroît afin de prendre en charge de nouvelles capacités critiques pour les solutions d'automatisation, comme la vision industrielle, la détection d'objets et une sécurité renforcée. Fournir ces fonctions/capacités, accompagnées d'un plan de support plus étendu et plus avancé, est fondamental pour les solutions d'automatisation et pour leur pérennité.

Écosystème d'automatisation :
Les principaux fournisseurs de semi-conducteurs ont considérablement renforcé leurs capacités internes afin de proposer des services de conception spécialisés aux fabricants d'équipement d'origine (OEM) et autres acteurs du marché. Par exemple, Lattice Semiconductor dispose d'un bureau d'études interne couvrant tous les segments d'application, ce qui lui permet de personnaliser et d'intégrer ses solutions pour l'IA et l'apprentissage automatique, la vision, la sécurité et l'automatisation, ainsi que d'un service d'assistance à la fabrication et à la production. L'entreprise s'appuie également sur un réseau de partenaires formés et certifiés sur ses outils afin de garantir la qualité des services fournis par des tiers. Un écosystème de partenaires proposant des services de conception de haute qualité est essentiel pour un meilleur support technologique des semi-conducteurs, au plus près des applications, avec un accompagnement spécialisé pour le secteur fragmenté des fournisseurs et les technologies de robotique, d'automates programmables, de protection et de systèmes.

Eric van der Heijden, vice-président des ventes EMEA, Lattice Semiconductor